现代化学研究方法和技术

2. 波的散射（Scattering of wave) 入射光与物质作用改变其传播方向，向空间各方向散开。 这种作用指光子与物质的分子或原子的作用
相干散射：入射波的波长和频率与散射波一致， 无能量损失， I () = I0 (1+ cos2)
不相干散射：入射波的波长与频率与散射波不一致
3. 波的吸收 波的吸收是一个能量转化和传递过程 It = I0 el 总衰减系数 = a + s 光路长度l
外光谱与拉曼光谱 IRபைடு நூலகம்
Raman
拉曼光谱（Raman spectroscopy) Raman scattering, inelastic scattering
电子激发态
普通拉曼
虚能级
振动能级
SA
S: 斯托克线 （Stoke）0 A: 反斯托克线（Anti-stoke) 0 +
共振拉曼
E1
S
A
吸收光谱，通常为带光谱 如红外光谱，紫外-可见光谱，X-射线吸收谱
紫外可见光谱 Ultraviolet-Visible spectra (UV-Vis)
红外光谱 Infrared spectrum (IR)
核磁共振光谱 1 H NMR spectrum (NMR)
电子顺磁共振 Electron paramagnetic spectrum (EPR)
E0
圆二色谱 Circular Dichroism (CD)
A = AL AR A = (L R)Cl
= Cl is a function of wave number
4. 波的发射
S2
Excited
states S1
Internal conversion
Vibration Relaxation
Molecular structure
• Questions:
• 1、结构分析方法的一般过程是什么？
• 2、衍射与散射的区别？
• 3、分子的电荷迁移吸收发生在 _____nm 光谱范围。
nm 到
分子的振动吸收发生在在 _____cm1 光谱范围。
cm1 到
第二章 电子顺磁共振光谱学 Electron Paramagnetic Resonance
结构---分子结构， 几何构型， 构象，
化学键
---电子结构，电子在分子中的位置与能量，
---聚集态结构，气、液、固 固体结构：晶体结构，非晶态，
粒度微结构
化学键与分子间作用理
光谱分析
-ray: High energy, 106 eV, Short wave number, < 103 nm
能量的量纲
课程名称：《 现代化学研究方法与技术》 推荐教材：《高等结构分析》（马礼敦 主编）
《Physical Methods for Chemists》(R. S Drago, 游效曾等译《化学中的物理方法》, 北京高等教育出版社 1991) 总学时： 60 小时 授课：刘春元 (email: tcyliu@jnu.edu.cn, tel: 85222191; room: chem 301)等 授课地点：化学楼317课室 课程类别：学位课 考试：闭卷
第一章 绪论
化学的定义：
物质结构： 分子结构 电子结构 聚集状态
结构分析的目的和意义：
未知物质组成结构的确定—表征 物质性质与功能的研究---结构与性能的关系
现代化学研究方法与实验技术： 方法 光、电、磁 与物质（样品）的作用， 信号的输出和输入，检测和分析
内容 组成---元素（原子），基团，分子，
波长 ()：电磁波的长度 纳米 （ 1 nm = 10 9 m）; 埃 （1 Å = 10 10 m) 波数 （cm1): 1 厘米长含波的数目 能量（E）：E = h , Plank 常数h = 6.6262 1034 J s (1) J mol1 (2) Cal mol 1 (3) eV 移动1个电子一米所需的能量 频率（）： =c / (s1 = cm s1 / cm),
pico s (1012 s)
Excitation femto s (1015 s)
Ground S0 state
Fluorescence nano second (109 s) Phosphorescence ( micro s, 106 s)
激发 吸收光子由低能态跃迁到高能态 E = E1 E2 = hv
光速c = 2.9979 1010 cm s1
E = hc/ 波长与波数的转换 (cm = 1/cm 1) 频率与能量的转换 1 s1 = 1 Hz = 6.6262 J 波数与能量 1 eV = 8067 cm1
波与物质的相互作用 1.概述 波与物质的相互作用的结果 （1）被吸收 （2）被散射 （3）被反射 （4）产生电子 （5）引起化学反应 （6）发光 （7）发热
衍射与散射的区别
衍射原理（Diffraction of light） 次级波的位相差相同，则衍射光增强；位相相反，则不发生衍射
Diffraction of X-ray over a single crystal
Diffraction spots
X-ray single crystal diffract meter
弛豫： 由高能态回到低能态
振动弛豫
辐射弛豫-----发光
荧光 激发态分子从激发单重态的最低能级发射光量子回到基态 寿命短
磷光 激发三重态分子跃迁到基态发射出光量子 特点，寿命较长
内转换 外转换
excitation emission
系间跨越
荧光光谱 Fluorescence spectrum (fl)
发光物质
荧光光谱
成像应用 （鼠肠内壁）
5. 波的衍射 光在传播过程中遇到“障碍物”时传播方向发生改变的现象。这种“障碍物” 可以是粒子，光栅的尺寸或针孔 衍射条件；（1） 粒子，光栅的尺寸或针孔与入射光的波长
（2）光栅方程 ： d(sin sin0) = K 布拉格方程： 2d(sin) = n
任课教师
刘春元： 第一章 绪论 第二章 电子顺磁共振波谱法， 第三章 电子光谱， 吸收光谱 第四章 电子光谱， 发射光谱 第五章，9.3晶体结构解析 高庆生： 第五章 X-射线技术 第六章 多晶衍射
欧阳健民： 第七章 表面结构分析 第八章 显微分析技术 徐石海： 第九章 核磁共振波谱 第十章 红外吸收光谱 第十一章 有机质谱